מדענים חשפו זה עתה את המפה השלמה ביותר של קליפת הקופים עד כה

צוות בינלאומי בראשות מדענים סינים בנה זה עתה את האטלס השלם ביותר של קליפת קופי המקוק עד כה. השכבה החיצונית ביותר של המוח, קליפת המוח מכילה רבים מתפקודים קוגניטיביים יקרים שלנו: היכולת לחשוב, לקבל החלטות ולהסתגל לסביבות המשתנות ללא הרף.

בהשוואה לבעלי חיים אחרים, לפרימטים - כולל בני אדם - יש קליפת מוח מורחבת מאוד. מדענים חשבו זמן רב שהמוזרות האבולוציוניים הזו היא מה שנותן למוח שלנו את היכולת לנהל חישובים מורכבים.

אבל איך?

הסוד עשוי להיות חבוי בסוגי התאים הרבים של הקורטקס ובאופן שבו הם מתארגנים. נושא מרכזי בביולוגיה הוא "המבנה קובע את התפקוד". כמו בניית מחשב מאפס, כל רכיב והמיקום והחיווט שלו יכולים לשנות את הביצועים.

קטלוג המיקום המדויק של כל תא בקליפת הקוף יכול לעזור לפענח - ואולי ליצור מחדש באופן דיגיטלי - את הכללים שהופכים את קליפת הפרימטים למעצמה חישובית.

המחקר, לאור in תא, נעזר גם בכלי חדש יחסית למיפוי מוח. שקוראים לו סטריאו-seq, הטכנולוגיה מחלצת מידע גנטי - התעתיק - ממספר תאים בו-זמנית, ומוסיפה שכבת נתונים חדשה למיקומו של כל תא.

הצוות יצר טביעת אצבע מולקולרית עבור כל תא על ידי רישום פעילותם של כ-500 גנים. לאחר מכן, הודות למינון נכבד של AI, הם סיווגו כמעט 1.5 מיליון תאים מ-143 אזורים לסוגי תאים שונים ומיפו את מיקומם בקליפת המוח.

הפרויקט כבר הניב כמה תובנות. תאי מוח נוטים לפעול בקליקות. סוגים מסוימים מעדיפים את החברה של תאים מסוימים אחרים, מה שמציע שהם יוצרים רשתות עצביות מקומיות. לנוירונים שמגבירים או מחלילים את פעילות המוח הכוללת יש גם כתמים מועדפים, כאשר מספרם משתנה בין אזורי קליפת המוח והעומק.

כמו כן, בהשוואה לאטלס מוח של עכבר, המפה החדשה מצאה כמה סוגי תאים ספציפיים לפרימטים מצטופפים יחד בשכבה אחת של הקורטקס.

"הרכב התא של המוח והתפלגותו המרחבית הם הנושאים הבסיסיים של מדעי המוח, וחשיבותו דומה לרצף בסיסי ה-DNA שהתגלה על ידי רצף הגנום האנושי." אמר מחבר המחקר ד"ר צ'נגיו לי באקדמיה הסינית למדעים. קליפת המוח המקוקית היא כמו שלנו, והמחקר הזה מציע את המפה השלמה ביותר מסוגה.

עוגה עצבית אניגמטית

הקורטקס הוא מבנה משוכלל בעל שש שכבות עמוס בסוגים שונים של נוירונים ותאי מוח אחרים.

נוירונים הם בדרך כלל הכוכב של התוכנית: תאים אלה המופעלים חשמלית מתחברים לרשתות עצביות כדי לעבד מידע. שני הסוגים העיקריים עוזרים לאזן את רמת הפעילות הכוללת של המוח. תאים גלוטמטריים מעוררים, ומגבירים את החישוב של המוח. תאים GABAergic הם מעכבים, מורידים את פעילות הרשת.

תאים לא עצביים משלימים את התמונה. חלקם עוזרים להגן על המוח מפני זיהומים. אחרים תומכים במטבוליזם עצבי ומנקים פסולת מולקולרית. הם לא דמויות לוואי: מחקרים אחרונים מראים שהם ממלאים תפקיד קריטי בעיצוב רשתות עצביות בהתפתחות מוקדמת ובמאבק בהפרעות ניווניות כמו אלצהיימר.

המחקר החדש התמקד בעיקר בתאי מוח אלו.

חיתוך וחתך לקוביות

הצוות ניתח מוחות משלושה קופי מקוק בוגרים. עם יותר משישה מיליארד תאים, המוח שלהם קרוב מבחינה אבולוציונית למוח שלנו.

כדי להתחיל, הצוות חתך בזהירות את המוח מלפנים לאחור עם כמה חתכים של מומחים. אחד מהם, בערך בעובי נייר המדפסת, שימש לרצף הפרופיל הגנטי של כל תא.

פרוסות אחרות, צמודות לגושים העבים יותר כדי לשמור על שלמות מרחבית, היו אפילו דקות יותר. למחציתם, הצוות הוסיף צבע זוהר בחושך שתופס חלבונים המנקדים את החלק החיצוני של הנוירונים. שלב זה מקל על זיהוי מיקומים אנטומיים שונים בקורטקס.

לקבוצה השנייה של פרוסות דקות במיוחד, הנתונים הגנטיים שלהן חולצו באמצעות כלי Stereo-seq החדש. תחשוב שהשלב הזה עובד כמו מצלמה דיגיטלית, אבל במקום ללכוד פיקסלים, הוא לוכד נתוני ביטוי גנים מכל תא בצורה של RNA שליח (mRNA). ה"תעתיק" המתקבל הוא תמונת מצב של כל הגנים הפעילים עבור כל תא בכל רגע.

המטרה כאן היא לצלם את התעתיק של כל תא תוך שמירה על מידע על המיקום הפיזי של כל תא. כמו חיישן מצלמה, התהליך מתחיל בשבב סיליקון בערך בגודל של שתי חותמות. לשבב המעוצב החדש יש שדה ראייה רחב הרבה יותר מאשר איטרציות קודמות - כמו טלפון במצב פנורמי - מה שמקל על סריקת אזורי מוח גדולים יותר.

על כל שבב מנוקדים מערכים דו-ממדיים של כדורי דנ"א שיתפוסו ב-mRNA. קרומי תאים נצבעו בצבעים כדי לעזור לצוות להתאים טביעת אצבע של תעתיק למארח שלו.

בעזרת אלגוריתמי AI מרובים, הצוות ריסק את כל מערכי הנתונים הללו לאטלס התלת-מימדי הראשון בעולם, חד-תא של קליפת המקוק. כל סוג תא מפורט במפה, יחד עם טקסונומיה של שלוש רמות הממחישה כיצד תאים שונים מבעד לקליפת המוח.

לדוגמה, סוג של נוירון מעורר בשכבות שתיים ושלוש בקליפת המוח מבטא גן "רגולטור מאסטר" לאיתות מתח במוח. כל שלושת התאים העיקריים של המוח - גלוטמט, GABA ותאים שאינם נוירונים - מתואמים עם ההיררכיה המבנית של קליפת המוח, כאשר חלקם נמצאים בשפע יותר על פני אזוריו ומעמקיו.

משאב לאבולוציה

קליפת המוח התרחבה מאוד אצל פרימטים ולעתים קרובות נתפסת כמקום מושבה של קוגניציה גבוהה יותר. בניתוח אחר, הצוות השווה את מפת מוח הקוף לקיימת עכבר ו בן אנוש אטלסים לחפור סוגי תאים חדשים ספציפיים לפרימטים.

הבדיקה איתרה קבוצה של תאים מעוררים בשכבה הרביעית של קליפת המוח הפרימטים שחסרים בעכברים. התאים היו מרוכזים מאוד בקדמת המוח - אזור התומך בקוגניציה גבוהה יותר - עם גנים הקשורים בעבר לשפה, להתפתחות המוח ולאוטיזם.

הצוות הפך את המשאב חופשי לכל אחד. הוא מספק שפע של נתונים להתמודדות עם השאלה עתיקת היומין כיצד מבנה מוביל לאינטליגנציה - ומתי, מדוע וכיצד המוח שלנו מגמגם במחלות נוירולוגיות. ד"ר Xun Xu אמר כי התוצאות עשויות גם "לקדם פריצות דרך בתחום מדעי המוח, כמו אינטליגנציה בהשראת המוח וממשקי מוח-מחשב".

כל מערך הנתונים הוא קוד פתוח. שחק עם זה כאן.

תמונת אשראי: אטלס Transcriptomics Spatial Macaque / בגי

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://singularityhub.com/2023/07/14/scientists-just-unveiled-the-most-complete-brain-map-of-the-monkey-cortex/